台风过境全过程水平风速变化中海气交换作用机制与影响因子研究

为揭示海气交换作用对台风过境全过程水平风速的影响机理,基于MCT耦合平台二次开发,建立了大气WRF模式-海浪SWAN模式-海洋FVCOM模式的实时耦合模拟方法,同时和单一中尺度WRF模式预测结果比对,通过相关性分析确定了海气交换作用对台风水平风速影响的主要环境因素,进而揭示了海气交换作用机制,最终利用主成分分析法研究了台风不同阶段水平风速的海气交换作用综合环境因子影响系数。结果表明：海气交换作用对台风水平风速的影响中起主要作用的环境因子依次为：垂直切变、摩阻速度、海表温度、潜热通量与850 hPa垂直涡度;考虑海气交换作用时综合环境因子对水平风速的影响呈负反馈趋势,台风过境全过程下环境对风速的海气交换作用指标取值分别为：0.206（加速期）、-0.718（强风期）、-0.750（登陆期）。     

新型风浪联合发电浮式平台浮筒-立柱-浮子多尺度流场演化与荷载特性

风能波浪能联合发电是实现“海上风电+”融合发展的最新模式,而风浪联合发电结构浮式平台中浮筒、立柱和浮子存在不同尺度的圆柱间干扰效应,对整个结构体系的荷载分布和整体稳定影响不可忽略。提出一种适合中国南海海况的新型风能-波浪能联合发电结构体系,再基于延迟脱体涡模拟方法分析平台内部波浪场演化过程,揭示平台区域水质点能量分布特性以及多浮体干扰机理,最后对比研究浮子对风浪联合发电平台水动力荷载的影响特性。结果表明:浮子的存在影响到两种平台各区域的水体能量变化,最大能量分布区域由波浪传播起始位置区域转变为浮子影响下波浪非线性干扰强烈的区域;浮子顺向波浪力最高达到8.27×10⁵量级,较单浮子增幅22.3%,风浪联合发电平台中间立柱顺向波浪力极值荷载较半潜式平台减幅11.3%,但使得平台立柱所受顺向波浪荷载能量部分往高频转移。研究结论可为此类新型风浪联合发电结构体系水动力荷载设计提供科学依据。     

台风-浪-流耦合作用下海上风力机基础结构水动力特性分析

为揭示台风-浪-流耦合作用下风力机基础结构的水动力特性,以广东外罗10 MW级海上风力机为研究对象,基于模式耦合器（MCT）建立中尺度台风-浪-流（W-S-F）实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变特性;再结合中/小尺度嵌套方法分析风力机单桩基础水动力荷载分布特性;提出不同波浪相位下基础柱极值荷载模型。结果表明：建立的W-S-F平台对台风路径的模拟精度较单WRF模式提高42.51%;台风-浪-流耦合作用下基础柱水平波浪力正峰值增大约20%,负峰值减小约18%,并沿水深方向呈指数型变化规律,周向沿180°波向角呈对称分布;T4相位为风力机基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10⁶量级,基底弯矩最大达5.2×10⁸量级。